大学物理实验
热管及其性能测试
吉林建筑工程学院城建学院
热管是一种利用工质相变进行热量传递 的高效传热器件，其传热效率和输热能力是 一般传热器件的100～1000倍，被誉为热的 “超导体”，具有导热性好、结构简单、工 作可靠、温度均匀等优点，可用于传热、变 换热通量以及热控制等方面。用热管制成的 换热器结构紧凑、体积小、重量轻、传热温 差小、使用寿命长，已广泛应用在航天技术、 电子电器、能源动力、运输、化工、轻工、 冶金等领域。
你能设计出应用 热管回收烟筒中 烟尘的热量吗？
谢谢！
此外，还可以通过比较使热管和 铜管冷凝器中的水温达到相同温度所 需时间的差别，对铜管与热管的传热 效率进行比较。
【注意事项】
• 1. 安装热管时应尽量保持垂直。 • 2. 热管为真空封闭系统，应注意避免磕碰以
防漏气。 • 3. 通电加热后，热管温度很高，应注意防止
烫伤。 • 4. 检流计的线圈和悬丝很精细，应注意保护，
热管的基本特性是：
• 1. 相变传热，极高的传热效率；热阻极小， 当量导热系数极高；
• 2. 灵活多变的结构形式及型体尺寸；蒸发端 和冷凝端可以分隔很远；
• 3. 具有很好的等温表面；输入输出的热流密 度可以变化。
【实验装置】
实验装置如图所示， 包括支架、热管（管壳 材料为紫铜，内径为 3.5cm，壁厚为0.3cm， 长为110cm，工质为 水）、加热器（电热水 杯）、冷凝器、热电偶 和检流计等。
利用这一特点工业上可以用于节能减排、 废热的回收与利用。利用热管回收烟筒中烟的 热量，是把热管组放在烟筒中，回收烟尘的热 量给水加热。加热后的水可作为锅炉的预热水 或居民供暖，加以利用。
2、热管的另一重要特性是等温性
拉平温度是与热源和冷源分开的特点紧密 相关的。由于热管是趋向于在均匀温度下运行 的，因此可用它来减小物体不均匀加热区之间 的温度梯度。热管的这一特性应用到人造卫星 上。人造卫星是一部分向阳，而一部分背阴， 温差很大。把热管装在卫星上，可以使其阳面 和阴面的温度趋于均匀。
轻拿轻放。
【思考题】
根据热管的工作原理，你能设计出怎样采 用热管利用烟筒中烟尘热量的方案吗？
【实验总结】
热管的种类很多，普通的热管是有管芯的 热管。它是利用液体的表面张力使冷凝液回流 到蒸发端的。同学们有兴趣，可参阅有关资料。
这是一个定性半定量实验，因为没有计算 热管在空气中散热。
比较实验表明：
【实验内容】
1. 测量热管的传热功率 首先通电加热使加热器中的水沸腾，然后
将热管蒸发端放入加热器中，并垂直固定于支 架上，将质量为m的水倒入冷凝器中。t1时刻 用温度计测量冷凝器中水的温度T1。热管把热 量由底端（加热器）传到顶端（冷凝器），使 冷凝器中的水被加热。t2时刻用温度计再次测 量冷凝器中水的温度T2。
位置／cm 0 15 30 45 60 75
温度／℃
3. 比较铜管与热管的传热效率
首先通电加热使加热器中的水沸腾，然 后将铜管（材料为紫铜，尺寸与热管相同） 放入加热器中并固定，把与倒入热管冷凝器 相同质量m的水倒入铜管冷凝器中。t1时刻用 温度计测量冷凝器中水的温度T1，t2时刻用温 度计再次测量冷凝器中水的温度T’2（t1到t2的 时间间隔取为30分钟），比较T2和T’2就可以 得到铜管与热管传热效率的差别。
左右，在此状态下充入少量水（管内容积的十分 之一左右）。热管下部的蒸发端被加热后，液体 因吸收热量而汽化为蒸汽。在微小压差作用下蒸 汽流向热管上部的冷凝端，并向外界释放出热量 后凝结成液体。该液体在重力作用下沿热管内壁 回流到蒸发端，并再次吸热汽化，此过程无限循 环完成传热。由于是相变传热，因此热管热阻很 小，其传热效率很高。另外由于管内工质处于饱 和状态，因此热管几乎是在等温下传递热量。
【实验目的】
• 1.了解热管的基本结构与工作原理。 • 2.掌握热管性能的测试方法，热电偶测温。 • 3.了解热管的应用。
【热管原理】
热管结构如图 所示，是由管壳、管 芯（用于冷凝液回流） 和工质组成的真空封 闭系统。
重力热管的制作和工作原理：封闭的管内
先抽真空，使内压达到1.3×10-3～1.3×10-4Pa
• 1. 热管传热效率高。热管与铜管（形状、尺 寸、管材完全相同）。热源温度相同（沸水
99℃），冷凝用初始温度相同（室温）。经
实验传热效率比较，热管是铜管的40倍。 • 2. 热管基本上是等温体。加热30分钟后，热
管表面温度靠近热源处为80℃，靠近冷凝器 处为70℃。温差不大。
热管的应用
热管的应用十分广泛。根据热管的特性对 热管的应用举两个例子。 1、热管的一个重要特性是传热效率高
Hale Waihona Puke 注：t1到t2的时间间隔取为30分钟，不计散热。
热管的平均传热功率 P 为
P Cm(T2 T1) t2 t1
其中C为水的比热容。 冷凝器温度不同，则传热功率不同，上
式给出的是t1到t2的时间间隔内热管的平均传 热功率。
2. 测量热管的等温性 采用热电偶和检流计测量热管外壁的温
度分布（热电偶已定标）。沿热管外壁由下 向上每间隔15cm为热电偶的一个触点，另 一个触点置于加热器的水中。记录各触点的 温度填入表中。画出温度分布曲线图。实验 表明，热管外壁每个触点的温度差别很小， 热管除两端外近似一个等温体。